2015-11, Hall, Monika, Geissler, Achim

Üblicherweise speisen Gebäude mit Photovoltaikanlagen einen Grossteil des Ertrags in das öffentliche Stromnetz ein. Um den Eigenverbrauch zu erhöhen, bietet es sich bei gut gedämmten Gebäuden an, die Laufzeit der Wärmepumpe auf die Tageszeit zu limitieren. In diesem Zusammenhang wird der Einfluss der Wärmespeicherfähigkeit des Gebäudes auf die operativen Temperaturen in Abhängigkeit von verschiedenen Laufzeiten der Wärmepumpe mit einer thermischen Gebäudesimulation untersucht und mit Messwerten von einem kleinen Mehrfamilienhaus validiert. Es wird gezeigt, dass auch bei einem sehr gut gedämmten Gebäude eine mittlere bis hohe Wärmespeicherfähigkeit vorhanden sein muss, damit die Laufzeit der Wärmepumpe ohne Komforteinbusse auf die Tagesstunden limitiert werden kann. Mit einem Leichtbau ist die gewählte Strategie nicht möglich. Bei schweren Gebäuden kann die Dauer und der Zeitpunkt des Energieeinsatzes für die Wärmebereitstellung ohne Komforteinbusse an verschiedene Bedingungen angepasst werden, wie z.B. an Zeiten mit Solarangebot oder Zeiten mit günstigen Stromtarifen. Schwere Gebäude weisen eine höhere Flexibilität als Leichtbauten auf. Eine lange tägliche Sperrzeit führt gegenüber einem kontinuierlichen Betrieb zu grösseren Schwankungen der operativen Temperatur. Das Niveau und die Breite des zulässigen Temperaturbandes müssen mit den normativen Anforderungen für die Behaglichkeit abgestimmt sein. Die Diskussion über normative Behaglichkeitsanforderungen versus energetische Flexibilität des Gebäudes muss lanciert werden.

2015, Hall, Monika, Geissler, Achim

Monitoring data of a small, well-insulated residential building shows that the electricity consumption of the heat pump amounts to approx. 30% of the total electricity consumption of the building. Shifting duty cycles of the heat pump into the daytime would therefore be a possible means to greatly increase the concurrency of electricity production and consumption and reduce the grid interaction without an expensiv e technical effort. Experimentally, the duty cycle of the heat pump is limited to daytime from 10 am through 7 pm. The monitored data shows this is sufficient to heat the building and the domestic hot water. Interesting questions that arise are e.g. if such run-time limitations can also be used with a heavy (concrete) and a lightweight (wood) construction and if further reduction of the run-time is possible. Reducing run-time even more would further increase self-consumption and reduce grid interaction. The impact of the thermal mass of the construction and the limiting of the run-time are investigated by transient thermal building simulation. The simulation model with constructions “as built” is calibrated based on measurement values from temperature sensors in the living rooms and the measured heating demand of all three apartments. Simulation results are evaluated based on thermal comfort criteria in the living rooms of each apartment. The results obtained show that for the construction types “as built” and “heavyweight” no differences in resulting thermal comfort are to be expected. Construction types “ as built” and “heavyweight” show good robustness in regard to the limitation of the run-time of the heat pump. The construction type “lightweight” cannot be used with limited run-times of the heat pump without a significant drop in thermal comfort as defined by the metrics used. The paper gives detailed results for the mentioned construction types and 4 different run-time scenarios.

2015-07-20, Hall, Monika, Geissler, Achim

Im Rahmen des Projektes „Möglichkeiten und Grenzen von grossen Nullenergiegebäuden“ (BFE-SI/500950-01, GRENZNULL) wird untersucht, ob grosse Gebäude, d.h. Gebäude mit bis zu 40 Stockwerken, mit langgestrecktem bzw. quadratischem Grundriss genügend Fläche für Photovoltaik zur Verfügung stellen können, so dass eine Nullbilanz für die gesamte Gebäudetechnik (HWLK-Nullbilanz "Nullwärmeenergiegebäude") oder dem gesamten Energiebedarf des Gebäudes (GEB-Nullbilanz "Nullenergiegebäude") im Jahr erreicht werden kann. Mit umfangreichen Untersuchungen an vier Basismodellen, je zwei Mehrfamilienhäuser und Verwaltungsbauten, werden die Auswirkungen verschiedener Parameter auf die Nullbilanz analysiert. Ausgangspunkt ist jeweils eine gute Gebäudehülle, eine Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung und die Klimastation Bern-Liebefeld. Die Hauptergebnisse können wie folgt zusammengefasst werden: Die HWLK-Nullbilanz kann bis auf eine Ausnahme für alle Varianten bis zu 40 Stockwerken erreicht werden. Um auch bei gut gedämmten Gebäuden eine GEB-Nullbilanz zu erreichen, sind die vier wichtigsten Parameter: die Effizienz von Geräten und Beleuchtung, die Art des Wärmeerzeugers, die tatsächlich verfügbare PV-Fläche sowie der effektive Systemwirkungsgrad der gesamten PV-Installation. Die untersuchten Varianten zeigen, dass schon heute grosse Mehrfamilienhäuser und Verwaltungen nicht nur als ullwärmeenergiegebäude bis zu 40 Stockwerken realisiert werden können, sondern sogar als Nullenergiegebäude. Dabei muss das Augenmerk bei der Planung auf einem geringen Bedarf für Geräte und Beleuchtung und einem hohen PV-Ertrag liegen. Dies gilt insbesondere für Bürobauten.

2015-04, Hall, Monika, Geissler, Achim

Üblicherweise speisen Gebäude mit Photovoltaikanlagen einen Grossteil des Ertrags in das öffentliche Stromnetz ein. Um den Eigenverbrauch zu erhöhen, bietet es sich bei gut gedämmten Gebäuden an, die Laufzeit der Wärmepumpe auf die Tageszeit zu limitieren. Dabei muss der thermische Komfort gewährleistet bleiben. In diesem Zusammenhang wird der Einfluss der Wärmespeicherfähigkeit des Gebäudes auf die operativen Temperaturen in Abhängigkeit von verschiedenen Laufzeiten der Wärmepumpe mit einer thermischen Gebäudesimulation untersucht und mit Messwerten von einem kleinen Mehrfamilienhaus validiert. Es wird gezeigt, dass auch bei einem sehr gut gedämmten Gebäude eine mittlere bis hohe Wärmespeicherfähigkeit vorhanden sein muss, damit die Laufzeit der Wärmepumpe ohne Komforteinbusse auf die Tagesstunden limitiert werden kann. Mit einem Leichtbau ist die gewählte Strategie nicht möglich. Die lange tägliche Sperrzeit bedingt, dass gegenüber dem kontinuierlichen Betrieb die operative Temperatur grösseren Schwankungen unterworfen ist. Das Niveau und die Breite des zulässigen Temperaturbandes müssen mit den normativen Anforderungen für die Behaglichkeit abgestimmt sein. Die Diskussion über normative Behaglichkeitsanforderungen versus energetische Flexibilität des Gebäudes muss lanciert werden.